미세플라스틱이 강·호수·바다를 떠다니며 물속에 화학물질을 지속적으로 방출하는 것으로 밝혀졌다. 특히 미세플라스틱이 햇빛에 의해 분해될수록 화학물질 방출량도 늘어난다.
중국 동북사범대학 연구팀은 이같은 연구결과를 지난 12월 31일 발표하면서 미세플라스틱을 관리할 때 눈에 보이는 조각뿐만 아니라 물속 용존 화학물질까지 포함한 전 과정을 관리해야 한다고 강조했다.
물속에는 식생·토양 등에서 나온 용존유기물(DOM)이 자연적으로 존재하지만, 미세플라스틱에서 유래한 용존유기물(MPs DOM)의 경우 분자 수준에서 완전히 다른 화학적 특징을 갖는다. 이에 연구팀은 분해 과정까지 포함해 이를 정밀 분석했다.
연구진은 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리락트산(PLA), PBAT(폴리부틸렌 아디페이트-코-테레프탈레이트) 등 4종 미세플라스틱을 물에 넣고, 빛이 차단된 환경과 자외선에 노출된 환경에서 최대 96시간동안 두고 방출되는 화학물질을 비교했다.
그 결과 모든 플라스틱에서 용존유기탄소(DOC) 방출량이 빛에 의해 크게 늘었고 '생분해성'으로 분류되는 PLA와 PBAT의 방출량이 특히 컸다. 연구진은 생분해성 플라스틱의 경우 화학 구조가 상대적으로 불안정해 용출이 더 두드러질 수 있다고 설명했다.
방출 속도 분석에서는 미세플라스틱 표면에서의 물리·화학적 한계가 방출률을 좌우하는 '0차 반응(Zero-order)' 이 확인됐다. 이는 물속에 얼마나 녹아 있느냐와 무관하게 표면에서 일정한 속도로 누출이 진행된다는 뜻이다.
화학물질 구성도 단순하지 않았다. 연구진의 고해상도 질량분석·적외선 분석 등에서 MPs DOM은 플라스틱 첨가제, 단량체·올리고머, 광산화 반응으로 생성된 분해 조각까지 포함하는 복합 혼합물로 나타났다. 특히 PET·PBAT처럼 방향족(aromatic) 구조를 가진 플라스틱은 더 복잡한 혼합물을 만들어냈다. 시간이 지나며 산화가 진행될수록 알코올·카복실레이트·에테르·카보닐 등의 방출량이 증가했고, 프탈레이트 등 첨가제도 검출됐다.
형광 분석 결과도 눈에 띄었다. MPs DOM은 자연 DOM과 달리 미생물이 만들어내는 유기물과 유사한 패턴을 보였다. 플라스틱 종류와 빛 노출 정도에 따라 단백질 유사·리그닌 유사·탄닌 유사 물질의 비율이 달라지면서, MPs DOM의 성격이 시간에 따라 계속 변한다고 연구팀은 설명했다.
연구팀은 보이지 않는 화학오염이 수생태계에 복합적인 영향을 줄 수 있다고 우려했다. MPs DOM은 비교적 작고 생물학적으로 이용가능한 분자가 많아 미생물의 성장과 군집을 자극하거나 억제할 수 있고, 영양 순환을 흔들거나 금속·다른 오염물질과 반응할 수도 있다. 기존 연구에서는 MPs DOM이 산화력이 강해 생체 조직을 공격하는 활성산소종(ROS)을 생성하고, 오염물질의 흡착 특성을 바꿀 수 있다는 점 등이 보고된 바 있다.
연구팀은 "미세플라스틱이 충분히 규제되지 않는 상황에서, 플라스틱이 햇빛 아래 계속 잘게 부서지고 표면이 풍화될수록 MPs DOM 방출이 더 늘어날 수 있다"며 MPs DOM이 화학적으로 복잡하고 계속 변화하는 만큼, 향후에는 머신러닝 기반 예측 도구를 통해 자연수계에서의 추이와 위험을 전망할 필요가 있다고 제안했다.
이번 연구결과는 국제학술지 '신규 오염물질'(New Contaminants)에 게재됐다.
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